Couplage fluide/interface de croissance en solidifcation dirigée en lames minces

• Main Author: Krijanovska, Tetyana
• Other Authors: Aix-Marseille
• Language: fr
• Published: 2012
• Subjects: Solidification dirigée; Écoulement; Onde interfaciale propagative; Dendrite; Instabilité; Directional solidification; Flow; Interfacial travelling wave; Instability
• Online Access: http://www.theses.fr/2012AIXM4770/document

Cette thèse, de nature expérimentale, porte sur l'étude du couplage fluide / interface de croissance en solidification dirigée en lames minces. En solidification naturelle, les écoulements de nature convective ou solutale engendrent un transport de soluté devant le front et modifient la dynamique des microstructures. Ils sont modélisés ici en lames minces par un écoulement de Poiseuille induit par un thermosiphon. Au-delà des effets d'inclinaison de microstructures et d'asymétrie du développement des branchements, un nouveau phénomène est mis en évidence : des ondes progressives interfaciales modifiant fortement les microstructures. Trois types d'ondes sont observés. Leur diagramme d'existence est déterminé en fonction des vitesses de solidification et d'écoulement, et leurs caractéristiques principales en vitesse de phase, amplitude et asymétrie sont identifiées. Elles apparaissent quasi-insensibles à l'épaisseur de l'échantillon et à la longueur thermique. La cohérence de leur mécanisme de propagation est explicitée en tenant compte de la concentration et de la vitesse de l'interface, ainsi que de la forme des microstructures et de leur rejet de soluté. Ces ondes interfaciales créent des modulations de concentration, dont l'échelle caractéristique ne dépend pas de la nature des ondes ou du gradient thermique, mais seulement du rapport entre vitesse de l'écoulement et vitesse de solidification. La microségrégation et donc les propriétés résultantes des matériaux en sont alors directement influencées. === This thesis addresses the experimental study of the coupling between a flow and a growth interface in directional solidification in a thin sample. In natural solidification, the convective or solutal flows both generate a transport of solute along the front and modify the microstructure dynamics. They are modelled here in a thin sample by a Poiseuille flow induced by a thermosiphon. Beyond the effects of microstructure inclination and of asymmetry of sidebranch development, a new phenomenon is evidenced : the existence of the interfacial travelling waves that strongly affect microstructures. Three kinds of waves are observed. Their diagram of existence is determined as a function of both the pulling velocity and the flow velocity, and their main characteristics in phase velocity, amplitude and asymmetry are identified. They appear almost insensitive to the thickness of the sample and to the thermal length. The coherence of their propagation mechanism is made explicit when involving the concentration and the velocity of interface together with the form and the solute rejection of microstructures. These interfacial waves create concentration modulations whose characteristic scale does not depend on the wave type or the thermal gradient, but on the ratio of flow velocity to solidification velocity only. They then directly influence the microsegregation and thus, the resulting material properties.